TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统实验指导书

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1、Chang Sha Tong Qing Electrical and Information Co.ltdTQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统实验指导书长沙同庆电气信息有限公司 TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统电力系统自动化部分目 录III第1章 概 述11.1 系统简介11.2 系统特点11.3 系统构成11.3.1发电机组及控制屏.11.3.2电力系统自动化实验培训系统.81.3.3组态接线屏.13第2章 电力系统自动装置课程实验172.1 同步发电机准同期并列实验172.1.3.1 机组启动和建压.172.1.3.1.3 恒定越前时间测试182.1.3.2 手动准同期并列

2、实验.19A. 按准同期条件手动合闸.19B. 偏离准同期并列条件合闸.202.1.3.5 半自动准同期并列.212.1.3.6 全自动准同期并列.212.1.3.7 不同准同期条件对比实验.222.2 同步发电机励磁控制实验242.2.3.1 不同角对应的励磁电压测试.252.2.3.2 同步发电机起励26A. 恒机端电压方式起励.26B. 恒励磁电流方式起励.262.2.3.3 伏/赫限制实验.272.2.3.4 调差特性实验.282.2.3.5 强励实验.302.2.3.6 欠励限制实验.312.2.3.7 过励限制实验.32第3章 电力系统分析课程实验343.1 电力系统稳定性实验35

3、3.1.3.1 负荷调节实验.353.1.3.2 单回路与双回路稳态对称运行比较实验.35A. 单回路稳态对称运行实验.35B. 双回路对称运行与单回路对称运行比较实验.363.2 单机带负荷实验373.2.3.1 原动机转速自动方式（自动调节）下负荷容量对发电机的电压，频率的影响.373.2.3.2原动机转速手动方式（无调节）下负荷容量对发电机的电压，频率的影响383.2.3.3励磁系统无调节下负荷容量对发电机的电压，频率的影响.39第4章 电力系统综合实验414.1 发电厂自动化综合实验414.1.3.2 各机组依次并网实验.424.1.3.3 发电厂机组监控实验.444.1.3.4 发电

4、厂机组调节实验.444.1.3.5 并联运行机组间无功功率的分配实验.444.2 电力系统自动化综合实验464.2.3.1 多台机组依次并网实验.474.2.3.2 不改变网络结构的潮流分布实验.484.2.3.3 改变网络结构的潮流分布实验.504.2.3.4 四遥实验.514.2.3.5 电力系统有功功率平衡和频率调整实验.514.2.3.6 电力系统无功功率平衡和电压调整实验.514.2.3.7 多台机组依次退出实验.514.3 分区调频实验52A. 时，分区调频实验.53B. 时，分区调频实验.53附录1：自动装置参数设定参考表.55附录2：TQTS-III微机型自动调速装置用户手册.

5、56附录3：TQTQ-III微机型同期装置用户手册.63附录4：TQLC-III微机型自动励磁装置用户手册.79 TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统电力系统自动化部分第1章 概 述1.1 系统简介“TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统”是根据教育部电力系统分析、电力系统自动装置原理、电力系统自动化、电力系统调度自动化、电力系统远动技术、电力工程、工厂供电等相关课程实验教学的需求，结合最新的电力系统自动化技术而研发的实验培训系统。既适用于相关课程的实验教学、培养学生的实践技能，也可作为学生课程设计和毕业设计的开放平台，还可作为专业技术人员上岗培训平台。1.2 系统特点（1）多功能：

6、一套实验系统可完成包括同期、励磁调节、静态稳定、暂态稳定、功率特性、继电保护等多种实验功能，且提供手动、自动等不同的实验方法，供学生比较。（2）可视化界面：每台自动装置本身都有液晶显示屏，可以方便的观察数据、设置参数。（3）实验系统配置PC机，可将实验中的各种数据及波形上传到PC机，可以实时地观察各种实验波形和数据，还可以存储，以供分析，在PC机上也可以对自动装置进行控制调节。（4）贴近现场实际：实验系统是一个完整的电力系统典型模型，与电力系统的实际情况基本相符。1.3 系统构成TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统由发电机组及控制屏、电力系统自动化实验培训系统和组态接线屏组成。具体结构及

7、面板示意图详见下文：1.3.1发电机组及控制屏1.3.1.1 结构与外形三相同步发电机组长118cm，宽50cm，高48cm。TQPFK-II发电机组控制屏长75cm，宽65cm，高175cm。发电机组控制屏面板上包括指示仪表、一次电路示意图、微机调速、微机同期、微机励磁装置、二次电路以及电源控制几个部分，如图1 -1所示。图1-1 发电机组控制屏面板示意图注：个别型号产品第6区已经并到第2区示意图上，视具体情况而定。发电机组控制屏左侧面插座有励磁出线、电动机出线、发电机出线；右侧面插座有发电机出线、380V电源、220V电源、通讯线等。如图1-2所示。“励磁出线”与应发电机组的发电机励磁端子

8、F+，F-相连；“电动机出线”与发电机组的电动机控制电压相连；“发电机进线”与发电机组发电机电压输出端子的U、V、W、N相连；“发电机出线”应与系统电源相连；“380V电源”接市电三相交流380V电源。220V电源接市电220V单相交流电源，TV与实验台TV相连。 图1-2 发电机组控制屏侧面示意图1.3.1.2 技术参数发电机组及控制屏容量2.8kVA。1.3.1.2.1 发电机组（1）三相同步发电机(SN=2.5KVA，UN=400，nn=1500r.p.m)（2）直流电动机(PN=2.2KW，UN=220V)，用来模拟原动机，配有测速装置1.3.1.2.2 TQTS-III微机型自动调速

9、装置（1）测量发电机转速精度：0.2%（2）可自动调节/手动调节（3）工作环境条件环境温度：-1040相对湿度：5%95%（4）交流电源额定电压： AC220V允许偏差：-15%+15%频率：50Hz0.5 Hz波形：正弦波，波形畸变5%（5）开关量输入输出路数12路光电隔离输入5路光电隔离输出（6）网络接口1路RS485接口，带光电隔离（9）指标参数* 速度采用光电脉冲输入，每转1000个脉冲* 控制计算周期10ms* 调速范围20%120%，可控硅移相范围10150度* 在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为10%时，发电机电压超调量小于阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节小于5秒（此

10、参数与调节器参数有关）1.3.1.2.3 TQLC-III微机型自动励磁装置（1）工作环境条件环境温度：-1040；相对湿度：5%95%；（2）交流电源额定电压： AC220V；允许偏差：-15%+15%；频率：50Hz0.5 Hz；波形：正弦波，波形畸变5%；（3）模拟量输入参数定子电流（三相）：额定值5A；机端电压（三相）：额定值相电压57.7V（二次）；励磁电压：额定值220V；励磁电流：额定值3.60A ；频率：额定值50Hz；（4）开关量输入输出路数12路光电隔离输入；5路光电隔离输出；（5）网络接口1路RS485接口，带光电隔离（6）指标参数* 调压范围20%120%。可控硅移相范

11、围10150度；* 起励超调10%，甩负荷超调15%；* 调差率15%可调；* 频率特性：频率每变化1%，发电机机端电压变化不大于额定值的0.25%；* 电流测量精度：0.5%，电压精度：0.5%。* 在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为10%时，发电机电压超调量小于阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节小于5秒（此参数与调节器参数有关）1.3.1.2.4 TQTQ-III微机型自动同期装置 （1）工作环境条件环境温度：-1040；相对湿度：5%95%；（2）交流电源额定电压： AC220V；允许偏差：-15%+15%；频率：50Hz0.5 Hz；波形：正弦波，波形畸变5%；（3）模拟量输

12、入参数机端电压（三相）：额定值相电压57.7V（二次）；机端电留（三相）：额定值10A（二次）；频率：额定值50Hz；（4）开关量输入输出路数12路光电隔离输入；10路继电器触点输出；（5）测量系统频率、机端电压、系统电压精度优于0.5%（6）全自动准同期合闸（7）半自动准同期合闸（8）断路器合闸时间测定（9）多种参数的修改，可在装置上通过液晶屏修改，也可通过PC机修改（10）通讯功能，可在PC机上实时观测多种波形、并可以保存数据注：通讯功能视具体型号而定，部分产品未加载通讯功能。此注释适用于同期装置。1.3.1.2.5 互感器（1）电压互感器：变比为380V/100V。（2）电流互感器：变比

13、为10A/5A。1.3.1.2.6 励磁整流模块（1）最大输出电流：30A（2）额定工作电压：380V（3）控制电源电压：12V直流（4）控制信号：010V1.3.1.2.7 调速整流模块（1）最大输出电流：30A（2）额定工作电压：450V（3）控制电源电压：12V直流（4）控制信号：010V1.3.1.3 发电机组控制屏构成发电机组控制屏由以下几部分构成：1) 台体2) 测量表计：励磁电流表、励磁电压表、机端电压表、系统电压表、有功表、无功表、机端频率表。3) 一次接线图：发电机组与系统之间的连接示意图。4) 三相模拟断路器：用三相交流接触器模拟实现。5) 电压互感器：用来采集发电机机端电

14、压和系统电压。6) 电流互感器：用来采集发电机电流。7) TQTS-III微机型自动调速装置：用来调节电动机转速。8) TQTQ-III微机型自动同期装置：实现发电机组与无穷大系统并网操作。9) TQLC-III微机型自动励磁装置：用来调节发电机励磁。10) 励磁整流模块：受自动励磁装置控制输出发电机励磁电流。11) 调速整流模块：受自动调速装置控制输出调速控制电流。1.3.1.4 发电机组控制屏面板介绍发电机组控制屏面板如图2-1，分6个区分别介绍。注：个别型号产品第6区已经并到第2区示意图上，视具体情况而定。1.3.1.4.1 发电机组控制屏1区发电机组控制屏1区为指示仪表，包含励磁电流表

15、、励磁电压表、机端电压表、系统电压表、有功表、无功表、机端频率表、系统频率表，如图1-3所示。各表对应的测量点均与名称符合，机端表测量点为经过T1变压器之后的数据。图1-3 发电机组控制屏1区示意图1.3.1.4.2 发电机组控制屏2区发电机组控制屏2区为发电机组与系统连接的一次电路示意图，如图1-4所示。断路器1QF即为并网开关，1QF处安装有带灯操作按键，按红灯按键可对断路器进行合闸，按绿灯按键可进行跳闸。当断路器处于合位时，红灯亮，绿灯灭；处于跳位时，绿灯亮，红灯灭。用红绿带灯按键模拟，红灯亮模拟断路器合闸，绿灯亮模拟断路器跳闸；G表示发电机组，T1为380V/380V变压器，1TA、1

16、TV、2TV分别为电流互感器、机端电压互感器、系统电压互感器。1TA、1TV和2TV的二次信号连接到控制屏下方接线端子上。注：个别型号产品第6区已经并到第2区示意图上，视具体情况而定。部分型号1TA、1TV和2TV的二次信号已连接示意图接线端子上。1.3.1.4.3 发电机组控制屏3区发电机组控制屏3区为TQTS-III微机型自动调速装置及其控制区，见图1-5所示。装置具体操作详见附录3TQTS-III微机型自动调速装置用户手册，此处着重介绍装置控制开关及按键操作。启动/停止：此拨码开关为装置主控制，只有在启动状态下，其它操作才有效；打到停止状态后，装置所有数据清零。（注意：在并网状态时切勿改

17、变其状态）远方/就地：即远程控制方式/就地控制方式的切换。在一种状态时，另一种控制方式的任何操作均不起作用。AGC/自动/手动：即三种控制方式图1-4 发电机组与系统相连一次接线示意图注：多数版本系统中AGC方式暂未启用增速/减速按钮：利用该按钮可对电动机转速进行控制。加速/减速端子：当与同期装置“加速”、“减速”端子相连时，可由同期装置自动调速。图1-5 发电机组控制屏3区示意图1.3.1.4.4 发电机组控制屏4区发电机组控制屏4区为TQTQ-III微机型自动同期装置及其控制区，见图1-6所示。装置具体操作详见附录4TQTQ-III微机型自动同期装置用户手册，此处着重介绍装置控制开关及按键

18、操作。启动/停止：此拨码开关为装置主控制，只有在启动状态下其它操作才有效；打到停止状态后，装置所有数据清零。（注意：在并网状态时切勿改变其状态）远方/就地：即远程控制方式/就地控制方式的切换。在一种状态时，另一种控制方式的任何操作均不起作用。自动/半自动/手动：同期的三种控制方式。恒定越前时间/恒定越前相角：合闸控制方式选择。Ug、Us、Un：为测量输入接口。合闸输出：即合闸控制输出，应与控制屏6区的1QF合闸控制回路红色接线端相连。注：个别型号产品第6区已经并到第2区示意图上，视具体情况而定。部分型号合闸机构已连接示意图接线端子上。升压、降压、加速、减速：应分别与励磁装置的升压、降压；调速装

19、置的加速、减速端子相连，实现均压和均频控制。图1-6 发电机组控制屏4区示意图1.3.1.4.5 发电机组控制屏5区发电机组控制屏5区为TQLC-III微机型自动励磁装置及其控制区，见图1-7所示。装置具体操作详见附录5TQLC-III微机型自动励磁装置用户手册，此处着重介绍装置控制开关及按键操作。启动/停止：此拨码开关为装置主控制，只有在启动状态下其它操作才有效；打到停止状态后，装置所有数据清零。（注意：在并网状态时切勿改变其状态）远方/就地：即远程控制方式/就地控制方式的切换。在一种状态时，另一种控制方式的任何操作均不起作用。恒Ug/恒IL/恒Q/恒：即4种控制方式。注意在将励磁装置“方式

20、选择”开关拨到中间位置（“恒Q/恒”）后，应等待10秒再选择“恒Q”或“恒”方式。增磁/减磁：利用该按钮可对发电机励磁进行控制。升压/降压：当与同期装置“升压”、“降压”端子相连时，可由同期装置自动调速。图1-7 发电机组控制屏5区示意图1.3.1.4.6 发电机组控制屏6区发电机组控制屏6区为联机方式及电源开关区。见图1-8。注意：打开电源时请注意顺序：首先将220V电源开启，然后检查各自动装置启动情况，再开启调速励磁电源；关闭电源时顺序相反，应先关闭调速励磁电源，防止破坏整流模块。图1-8 发电机组控制屏6区示意图1.3.2电力系统自动化实验培训系统1.3.2.1 结构与外形电力系统自动化

21、实验培训系统总长为176cm，宽80cm，高185cm。电力系统自动化实验培训系统由一次主接线、多功能微机保护装置及接线区、二次输出区、控制回路区、电源开关等几部分。电力系统自动化实验培训系统面板由3部分组成，如图1-9所示。图1-9 TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统1.3.2.2技术参数实验台三相功率为3000W。1.3.2.2.1 TQWB-IV多功能微机保护实验装置（1）工作环境条件环境温度：-1040相对湿度：5%95%（2）交流电源额定电压：AC220V允许偏差：-15%+15%频率：50Hz0.5 Hz波形：正弦波，波形畸变5%（3）额定参数交流电流：5A交流电压：相电压

22、57.7V频率：50Hz直流电压输出：DC24V保护电流工作范围：2.5A40A保护电压工作范围：5V120V（4）保护精度电流精度：3%电压精度：3%时间精度：10ms装置瞬动时间：40ms1.3.2.2.2 线路电抗4组电抗器组，两组36mH，两组48mH。1.3.2.2.3 互感器（1）电压互感器：变比为380V/100V。（2）电流互感器：变比为10A/5A。1.3.2.2.4 三相调压器（1）输入电压：380V（2）输出电压：0450V（3）容量：9kVA1.3.2.3电力系统自动化实验培训系统构成电力系统自动化实验培训系统由以下几部分构成：1) 实验台体2) 一次接线图3) 三相模

23、拟断路器：用三相交流接触器模拟实现4) 模拟线路：用4组电抗器组模拟，可构成双回线5) TQWB-IV多功能微机保护实验装置：用来保护输电线路。6) 三相调压器：用来模拟无穷大电源。7) 电压互感器：用来采集母线电压。8) 电流互感器：用来采集线路电流。9) 短路故障设置模块：用来设置瞬时性和永久性故障，三相短路及两相短路。1.3.2.4 电力系统自动化实验培训系统面板介绍1.3.2.4.1 电力系统自动化实验培训系统1区电力系统自动化实验培训系统1区为一次主接线区，如图1-10所示。在一次主接线区包含实验台一次回路接线图和短路设置点，短路性质分瞬时性和永久性，短路类型分两相短路和三相短路，图

24、中左侧虚线部分表示该部分实际设备不在本实验台上，在机组控制屏上。图1-10 一次主接线注：电力系统自动化实验培训系统存在与继电保护实验台合并的型号，在此只以此型号做说明，具体请参照实物。1.3.2.4.2 电力系统自动化实验培训系统2区电力系统自动化实验培训系统2区为多功能微机保护装置及其接线区，其接线区分四个部分：电压输入、电流输入、跳合位监视、跳合闸控制。如图1-11所示。图1-11 微机保护装置及其接线区电压输入端子可与机组控制屏或实验台上的电压互感器二次侧相连，监测电压信号；电流输入端子可与机组控制屏或实验台上的电流互感器二次侧相连，注意公共端也应分别连接。跳合闸端子应与实验台上的断路

25、器合闸回路绿色端子和跳闸回路绿色端子相连。1.3.2.4.5 电力系统自动化实验培训系统3区电力系统自动化实验培训系统3区为互感器输出及断路器控制区，如图1-12所示。详见继电保护部分说明书。图1-12 互感器输出及断路器控制区1.3.3组态接线屏1.3.3.1 结构与外形组态接线屏长85cm，宽60cm，高185cm。组态接线屏包含线路变压器等一次区、断路器刀闸一次区、断路器刀闸手动控制区、二次电流电压输出区、电容器控制区等，如图1-13所示。图1-13 组态接线屏面板图1.3.3.2 技术参数（1）三相功率：1200W（2）线路参数：36mH，3.6A（3）变压器T1：380V/380V，

26、3KVA（4）电压互感器：380V/100V（5）电流互感器：10A/5A（6）电容器组：1，2，3，4号电容器值分别为2F，4F，8F，15F1.3.3.3 组态接线屏面板介绍1.3.3.3.1 组态接线屏1区组态接线屏1区为线路变压器等一次区，包含6条线路阻抗接入区、变压器接入区、电容器接入区、电流互感器接入区、电压互感器接入区。如图1-14所示。图1-14 线路变压器等一次区1.3.3.3.2 组态接线屏2区组态接线屏2区为断路器刀闸一次区，包含6个断路器和7个刀闸的一次接入区。如图1-15所示。图1-15 断路器刀闸一次接入区1.3.3.3.3 组态接线屏3区组态接线屏3区为断路器QF

27、、刀闸QS和电容器投切的手动控制区，如图1-16所示。图1-16 断路器和刀闸手动控制区1.3.3.3.4 组态接线屏4区组态接线屏4区为接入区，包含5个接入点和1个无穷大电源接入点，如图1-17所示。图1-17 电流电压二次输出区1.4 注意事项（1）在电流电压互感器输出端取电流电压信号时电流电压不能接反，防止烧坏电压互感器。（2）接跳合闸回路时要注意跳合闸控制接点的接线顺序，防止24V电源短路。（3）在上电的情况下禁止打开后门，有触电危险。（4）在连接一次回路时严禁上380V电，有触电危险。（5）面板上接一次回路时要严格按照实验说明书接线，接完线后要由另一个人检查后方可上电，防止触电危险。

28、（6）接跳合闸回路时要注意跳合闸控制接点的接线顺序，防止24V电源短路。（7）微机保护装置在不使用的情况下应将其电源关闭，长时间运行会影响其使用寿命。（8）控制屏在不使用的情况下应将其电源关闭，长时间运行会影响其使用寿命。（9）屏中的进出线在不使用的情况下应将插座上的连线拔掉，防止380V电通过连线裸露在外部，造成触电危险。（10）在测试合闸时间时，应确保系统电源未带电，否则将出现非同期合闸！（11）发电机起动必须按以下顺序操作：a. 检查机组控制屏上各指示仪表的指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置。b. 合上机组控制屏上的“220V电源”开关，检查开关状态：控制屏一次系统图上1QF处信号

29、灯应绿灯亮，红灯熄灭。观测微机型自动调速装置、微机型自动励磁装置及微机型自动同期装置（以下分别简称为“调速装置”、“励磁装置”和“同期装置”）面板上的“运行”灯，正常应亮或闪烁。c. 对调速装置和励磁装置的参数进行合理设置。d. 合上“调速励磁电源”开关（380V）。e. 将机组控制屏上的调速装置“方式选择”开关选择为“自动”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置开始输出控制信号。通过“增速”按钮逐渐升高电动机转速，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近额定转速时，松开“增速”按钮（防止超过额定转速），然后

30、采用点动的方式操作按钮，直到达到需要的转速。f. 确认机组转速在额定转速附近（如果未达到，重复步骤5），将机组控制屏上的励磁调节装置“方式选择”开关选择为“恒Ug”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效），“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，励磁调节装置开始输出控制信号。通过“增磁”按钮逐渐升高发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，发电机电压将快速升高。接近额定电压时，松开“增磁”按钮（防止超过额定电压），然后采用点动的方式操作按钮，直到达到需要的电压。（12）发电机组停机必须按以下顺序操作：首先将同期装置的“启动/停止”开关打到“停止”位，跳开同期开关1QF，

31、使同步发电机与系统解列。在发电机与系统解列之后，将励磁的“启动/停止”开关打到“停止”位置，使发电机端电压迅速降为零，或者通过“减磁”按钮使发电机电压降低到零时再选择“停止”，励磁装置将停止功率单元的输出。此时，将调速装置的“启动/停止”开关打到“停止”，使电动机转速迅速降为零，或者通过“减速”按钮使电动机转速降低到零时再选择“停止”。调速装置将停止功率单元的输出。待机组停稳后先断开“励磁调速电源开关”，再断开“220V电源”开关。注意：实验前请仔细阅读附录中各个装置及软件的说明，已熟悉操作、防止误操作。1.5 简单故障处理（1）24V电源短路后24V电源自动保护，需关闭220V电源，5S后重

32、新上电即可。（2）带灯按键不能正常跳合时，将台子里面的继电器都按紧，看是不是继电器松动造成的。（3）带灯按键的灯不亮，测量带灯按键的X1、X2之间是否有24V电压，如有则是带灯按（4）键的灯坏了，更换即可，如没有则是回路中有断线的情况。（4）装置不能通讯，将220V电源关闭5S后重新上电，如果还是通讯不上，检查装置与PC之间的通讯线是否松动。- 23 -第2章 电力系统自动装置课程实验2.1 同步发电机准同期并列实验2.1.1 实验目的1) 加深理解同步发电机准同期并列原理，掌握准同期并列条件。2) 熟悉同步发电机准同期并列过程。2.1.2 原理与说明将同步发电机并入电力系统的合闸操作通常采用

33、准同期并列方式。准同期并列要求在合闸前通过调整待并机组的电压和转速，当满足电压幅值和频率条件后，根据“恒定越前时间原理”，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时机发出合闸命令，这种并列操作的合闸冲击电流一般很小，并且机组投入电力系统后能被迅速拉入同步。根据并列操作的自动化程度不同，又分为手动准同期、半自动准同期和全自动准同期三种方式。正弦整步电压是不同频率的两正弦电压之差，其幅值作周期性的正弦规律变化。它能反映两个待并系统间的同步情况，如频率差、相角差以及电压幅值差。线性整步电压反映的是不同频率的两方波电压间相角差的变化规律，其波形为三角波。它能反映两个待并系统间的频率差和相角差，并

34、且不受电压幅值差的影响，因此得到广泛应用。手动准同期并列，应在正弦整步电压的最低点（同相点）时合闸，考虑到断路器和继电器固有的合闸时间，实际发出合闸命令的时刻应提前一个相应的时间或角度。自动准同期并列，通常采用恒定越前时间原理工作，这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差，不断地检查准同期条件是否满足，在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。当所有条件均满足时，在整定的越前时刻送出合闸脉冲。同期装置一般在发电机端的电压和频率与系统侧电压和频率相差不大时投入，而在同期结束后就可退出运行。2.1.3 实验项目和方法 2.1.3.1 机组启动和建压1)

35、将发电机组电动机三相电源插头与机组控制屏侧面“电动机出线”插座连接，发电机三相输出电压插头与“发电机进线”插座连接，发电机励磁电源插头与“励磁出线”插座连接。机组控制屏侧面的“380V电源”插座与实验室380V三相交流电源连接，220V电源插头（“发电机出线”插座左侧的黑色插头）与实验室220V交流电源连接。2) 检查机组控制屏上各指示仪表的指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置。3) 合上机组控制屏上的“220V电源”开关，检查开关状态：控制屏一次系统图上1QF处信号灯应绿灯亮，红灯熄灭。观测微机型自动调速装置、微机型自动励磁装置及微机型自动同期装置（以下分别简称为“调速装置”、“励磁装置

36、”和“同期装置”）面板上的“运行”灯，正常应亮或闪烁。4) 按附表1对调速装置和励磁装置的参数进行设置。具体的设置方法参考TQTS-ITI 微机型自动调速装置用户手册和TQLC-III 微机型自动励磁装置用户手册。5) 合上“调速励磁电源”开关（380V）。注意：一定要先合“220V电源”开关，再合“调速励磁电源”开关，否则，励磁或调速输出的功率模块可能处于失控状态。6) 将机组控制屏上的调速装置“方式选择”开关选择为“自动”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置开始输出控制信号。通过“增速”按钮逐渐升高电动机转速

37、，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近额定转速时，松开“增速”按钮（防止超过额定转速），然后采用点动的方式操作按钮，直到达到需要的转速。7) 确认机组转速在额定转速 (1500转/分) 附近（如果未达到，重复步骤5），将机组控制屏上的励磁调节装置“方式选择”开关选择为“恒Ug”方式，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效），“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，励磁调节装置开始输出控制信号。通过“增磁”按钮逐渐升高发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，发电机电压将快速升高。接近额定电压时，松开“增磁”按钮（防止超过额定电压），然后采用点动的方式操作按钮，直到达

38、到需要的电压。由于励磁电流作用可能使机组转速少许下降，在建压完成后需细微调整转速至额定值（1500转/分）。2.1.3.1.2 观察与分析1) 操作机组控制屏上的增速或减速按钮调整机组转速，观察发电机频率的变化。2) 操作机组控制屏上的增磁或减磁按钮调节发电机端电压，观察发电机机端电压的变化。注：励磁装置上频率及灭磁开关均无意义，观察发电机频率应以同期装置为准。2.1.3.1.3 恒定越前时间测试由于一般断路器的合闸机构为机械操作机构，从合闸命令发出，到断路器主触头闭合瞬间止，需要经历一段合闸时间（一般为0.1-0.7s），因而自动同期装置在检查压差和频差已符合并列条件时，还必须在角差为零的时

39、刻前，发出合闸命令才能使断路器主触头闭合瞬间的相角差恰好为零，这一时段称为“越前时间”。由于该越前时间只需按断路器的合闸时间进行整定，与滑差及压差无关，故称其为“恒定越前时间”。将同期装置的“合闸输出”接线端与“1QF合闸回路”左侧红色端子相连。先断开控制屏一次系统图上的1QF，即：应绿灯亮，红灯灭，然后进行合闸时间测试。注意：测试前确保系统电源未带电，否则可能进行合闸测试时将出现非同期合闸！在同期装置主界面下按“ESC”键进入“功能表”，进入“装置检查”菜单，选择“合闸时间”，稍等片刻，检查完毕后，界面显示“动作时间 xx”（xx表示动作时间数值，单位ms）。记下此动作值，大致等于恒定越前时

40、间。之后，再次手动断开控制屏一次系统图上的1QF，同上。2.1.3.2 手动准同期并列实验图2-1 发电机组准同期并列示意图发电机组准同期并列示意图如图2-1，1QF作为同期开关（位于机组控制屏上）。将机组控制屏侧面的“发电机出线”与“TQXDZ-II电力系统自动化实验培训系统实验台”（以下简称“实验台”）侧面的“发电机进线”相连。A. 按准同期条件手动合闸1) 依次合上实验台上的6QF、4QF、2QF、5QF、3QF、1QF按钮，使系统侧母线带电。各QF（即断路器）处指示灯应红灯亮、绿灯灭。2) 在机组控制屏上完成如下实验接线：将同期装置右侧的“Ug”（发电机电压）端子与1TV接线区“a”端

41、子相连，“Us”（系统电压）端子与2TV接线区“a”端子相连，“Un”端子同时与1TV和2TV的“x”端子两连。这样同期装置可同时采集到发电机和系统两侧的电压信号。注：台体内部已将b、c项电压及电流接至同期装置，同时1TV和2TV的x端已短接。注意：1TV和2TV电压信号必须为同一相，否则相角差检测不准确。3) 设置同期参数需要设置如下几个同期参数：*压差允许值：当发电机和系统两侧的电压差在压差允许值范围内时，则认为压差满足合闸要求；*频差允许值：当发电机和系统两侧的频率差在频差允许值范围内时，则认为频差满足合闸条件；*合闸时间：断路器的实际合闸时间（要求与测得的恒定越前时间一致）；*均频均压

42、参数：同期装置在检测到频差和压差不满足条件时，向调速装置和励磁装置发出的均频均压脉冲的宽度和周期。改变均频均压参数可改变同期装置均频均压的快慢。在同期装置的主界面状态下，按“ESC”进入功能表菜单，选择“定值管理”可进行相应设置。具体可参考附录4TQTQ-III 微机型自动同期装置用户手册。提示：设置压差允许值为1.0V，频差允许值为0.3Hz，合闸时间值设为恒定越前时间测试的时间值，合闸相角值设为10，均频系数值为7，均频周期为0.5，均压系数为7，均压周期为0.5。4) 将同期装置“方式选择”开关选择为“手动”方式。手动调节机组频率和电压，观察机端电压表和发电机频率表的数值有何变化（也可在

43、同期装置液晶屏上查看）。5) 根据发电机电压和系统电压的大小，相应操作励磁装置增磁或减磁按钮进行调压，直至发电机的端电压近似等于系统电压。根据发电机频率和系统频率的大小，相应操作调速装置上的增速或减速按钮进行调速，直至发电机频率近似等于系统频率。此时表示压差、频差均满足条件，观察同期装置液晶显示屏上的相角图，当旋转至0度位置前某一合适时刻时，按下机组控制屏上的1QF，将发电机并网。由于人的反应时间，应选择在即将接近0度之前按1QF。在同期装置主界面下按“ESC”键，进入“功能表”，选择“报告管理”选项，再选择“浏览事件报告”选择，观察冲击电流大小。注意：1) 此实验中同期装置应打到停止位2)

44、由于发电机组容量较小，冲击电流可能不明显。3) 在发电机未与系统解列之前，不应再次同期。B. 偏离准同期并列条件合闸本实验项目仅限于实验室进行，不得在电厂机组上使用！实验分别在单独一种并列条件不满足的情况下合闸，记录功率表冲击情况：(1) 电压差、相角差条件满足，频率差不满足，分别在和时手动合闸，观察并记录机组控制屏上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，填入表2-1。注意：频率差不要大于1.0Hz。(2) 频率差、相角差条件满足，电压差不满足，分别在和时手动合闸，观察并记录机组控制屏上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，填入表2-1。注意：电压差不要大于额定

45、电压的10%。 (3) 频率差、电压差条件满足，相角差不满足，调节调速装置的增减速控制相角差指针，使指针分别在顺时针旋转和逆时针旋转时手动合闸，观察机组控制屏上有功功率表P和无功功率表Q指针偏转方向及偏转角度大小，从励磁装置显示屏上读取有功和无功数值填入表2-1。注意：相角差不要大于20度。表2-1 不同频差下的有功和无功量顺时针逆时针P（kW）Q（kVAR）2.1.3.5 半自动准同期并列1) 将同期装置的“启动/停止”开关选择为“停止”，然后将发电机与系统解列（跳开1QF）；2) 将发电机电压和系统电压引接到同期装置上，将“合闸输出信号”连接到“1QF合闸回路”，方法同上。由于全自动准同期

46、自动发出均频、均压脉冲，因此将同期装置右侧的“升压”、“降压”端子接到励磁装置的“升压”、“降压”端子。这样，励磁装置就可以接收到同期装置发出的调压信号，进行相应的调节；将同期装置的“加速”、“减速”信号端子与调速装置的“加速”、“减速”信号端子相接，这样调速装置就可以接到同期装置发出的调速信号，进行相应的调节。3) 参数设置：确认同期条件的设置，进入“同期参数”选项，如果参数设置与手动准同期的参数设置一致，则不用再修改；否则对参数进行修改成手动准同期时的参数。4) 并列：将调速装置的工作方式设置为“自动”、励磁装置的工作方式设置为“自动”，调节发电机电压和频率，使其偏离合闸允许条件。将同期装

47、置的“方式选择”开关选择为“半自动”。根据当前压差、频差数值进行手动调压、调速，方法同手动准同期。当压差、频差条件满足时，同期装置自动发出合闸命令，此时机组控制屏上的1QF应红灯亮，绿灯灭，表示已经合闸。同期装置液晶显示屏上显示合闸后的系统电压、发电机电压、系统频率、发电机频率和相角信息。注意：1) 一定要首先将同期装置停止，然后再跳开1QF，防止同期装置再次合闸。2) 在发电机与系统未解列之前，不应再次选择同期操作，此实验中同期装置打在停止位。2.1.3.6 全自动准同期并列1) 将同期装置的“启动/停止”开关选择为“停止”，然后将发电机与系统解列（跳开1QF）；2) 将发电机电压和系统电压

48、引接到同期装置上，将“合闸输出信号”连接到“1QF合闸回路”，方法同上。由于全自动准同期自动发出均频、均压脉冲，因此将同期装置右侧的“升压”、“降压”端子接到励磁装置的“升压”、“降压”端子。这样，励磁装置就可以接收到同期装置发出的调压信号，进行相应的调节；将同期装置的“加速”、“减速”信号端子与调速装置的“加速”、“减速”信号端子相接，这样调速装置就可以接到同期装置发出的调速信号，进行相应的调节。3) 参数整定：方法同半自动准同期。4) 启动、建压：将调速装置的工作方式设置为“自动”，“启动/停止”打到“启动”，按“增速”按钮，调节发电机转速到1500转/分；将励磁装置的工作方式设置为“自动

49、”， “启动/停止”打到“启动”，按“升压”按钮，调节发电机极端电压到系统电压附近（可根据同期装置对比观察）。5) 并列：稍微调节转速和电压，使其偏离合闸允许条件，选择微机型同期装置的“方式选择”开关，选择为“自动”。 “启动/停止”打到“启动”，微机准同期装置将自动进行均压、均频控制并检测合闸条件，一旦合闸条件满足即发出合闸命令。在全自动过程中，观察当“升速”或“降速”命令指示灯亮时，调速装置上有什么反应；当“升压”或“降压”命令指示灯亮时，励磁装置上有什么反应。观察合闸时机组控制屏上电流表和有功表、无功表的摆动情况。合闸后同期装置主界面显示合闸后发电机端电压、系统电压，发电机频率、系统频率

50、和相角的情况。注意：1) 一定要首先将同期装置停止，然后再跳开1QF，防止同期装置再次合闸。2) 在发电机与系统未解列之前，不应再次选择同期操作。2.1.3.7 不同准同期条件对比实验改变准同期条件再做一组自动准同期实验，设置频差允许值f=1.5Hz，压差允许值U=4.0V，越前时间53ms，均频系数为7，均频周期为0.4s，均压系数为7，均压周期为0.4s，观察合闸时机组控制屏上的电流表和有功、无功表的摆动情况。观察冲击电流，并记录。2.1.3.8 停机操作首先将同期装置的“启动/停止”开关打到“停止”位，调节转速和电压使机组负荷接近0（观察有功、无功接近0即可），跳开同期开关1QF，使同步

51、发电机与系统解列。在发电机与系统解列之后，将励磁的“启动/停止”开关打到“停止”位置，使发电机端电压迅速降为零，或者通过“减磁”按钮使发电机电压降低到零时再选择“停止”，励磁装置将停止功率单元的输出。此时，将调速装置的“启动/停止”开关打到“停止”，使电动机转速迅速降为零，或者通过“减速”按钮使电动机转速降低到零时再选择“停止”。调速装置将停止功率单元的输出。待机组停稳后先断开“励磁调速电源开关”，再断开“220V电源”开关。注意：1) 一定要首先将同期装置停止，然后再跳开1QF，防止同期装置再次合闸。2) 一定要先断开“励磁调速电源开关”再断开“220V电源”开关，先断220V电源的话功率输

52、出模块可能失控！2.1.4 实验报告要求1) 比较手动准同期和自动准同期的调整并列过程。2) 分析合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？2.1.5 思考题1) 相序不对(如系统侧相序为A、B、C、为发电机侧相序为A、C、B)，能否并列？为什么？注：由于同期装置只采用一相电压作为同期条件的判断，在没有我司技术人员的情况下请勿随意改动实验室内电源相序及机组、调压器接线，如需修改，请与我司技术人员联系。2) 电压互感器的极性如果有一侧(系统侧或发电机侧)接反，会有何结果？3) 合闸冲击电流的大小与哪些因素有关？4) 当两侧频率几乎相等，电压差也在允许范围内，但合闸命令迟迟不能发出，这是一种什么现象？应采

53、取什么措施解决？本实验注意事项：1) 在起励建压时，只有当原动机的转速在额定附近时，方可投入励磁调节装置的“自动”运行方式，否则可能会造成发电机过电压，对发电机造成危害。2) 手动合闸时，仔细观察同期装置显示器上的相角差指示，在接近360位置之前某一时刻合闸。3) 在做三种同期切换方式时，做完一项后，需做另一项时，断开断路器开关，重新选择同期方式。4) 同期装置合闸成功后，退回到主菜单，并且在发电机未与系统解列之前，不应再次选择同期操作。5) 停机时，应先将发电机灭磁，使发电机电压降下来，再降电动机的转速。2.2 同步发电机励磁控制实验2.2.1 实验目的1) 加深理解同步发电机励磁调节原理和

54、励磁控制系统的基本任务。2) 了解微机励磁调节装置的基本控制方式。3) 了解几种常用励磁限制器的作用。4) 掌握励磁调节装置的基本使用方法。2.2.2 原理与说明同步发电机是将旋转形式的机械功率转换成三相交流电功率的特定的机器设备。为完成这一转换，它本身需要一个直流磁场，产生这个磁场的直流电流成为同步发电机的励磁电流，又称为转子电流。具有自动控制与自动调节设备的励磁系统称为自动调节励磁系统或称发电机自动电压调节系统。同步发电机励磁系统由励磁功率单元和励磁调节装置两部分组成，它们和同步发电机结合在一起构成一个闭环反馈控制系统，称为发电机励磁控制系统。励磁控制系统的三大基本任务是：稳定电压、合理分

55、配无功功率和提高电力系统稳定性。实验用的励磁控制系统示意图2-2如下所示，交流励磁电源取自380V市电，构成他励励磁系统，励磁系统的可控整流模块由TQLC-III微机自动励磁装置控制。图2-2 励磁控制系统示意图TQLC-III型微机自动励磁装置的控制方式有四种：恒Ug（恒机端电压方式，保持机端电压稳定）、恒IL（恒励磁电流方式，保持励磁电流稳定）、恒Q（恒无功方式，保持发电机输出的无功功率稳定）和恒（恒控制角方式，保持控制角稳定），可以任选一种方式运行。恒Q和恒方式一般在抢发无功的时候才投入。大多数情况下应选择恒电压方式运行，这样能满足发电机并网后调差要求，恒励流方式下并网的发电机不具备调差

56、特性。注：具体励磁装置的说明请参照附录TQLC-III 微机型自动励磁装置用户手册。同步发电机并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调节装置的增减磁按钮，可以升高或降低发电机电压；当发电机并网运行时，操作励磁调节装置的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出。无论是在“手动”还是“自动”方式下，都可以操作增减磁按钮，所不同的是调节的参数不同。在“自动”方式下，调节是的机端电压，也就是上下平移特性曲线，在“手动”方式下，改变的是励磁电流的大小，此时即使在并网的情况下，也不具备调差特性。2.2.3 实验项目与方法2.2.3.1 不同角对应的励磁电压测试注：本实验机组不

57、并网。1) 参照“同步发电机准同期并列实验”完成实验接线。2) 检查机组控制屏上各指示仪表的指针是否指在0位置，如不在则应调到0位置。3) 合上机组控制屏上的“220V电源”开关，检查开关状态：控制屏一次系统图上1QF处信号灯应绿灯亮，红灯熄灭。4) 合上“调速励磁电源”开关（380V）。注意，一定要先合“220V电源”开关，再合“调速励磁电源”开关，否则，励磁或调速输出的功率模块可能处于失控状态！5) 根据液晶显示屏显示和面板指示灯状态检查调速、励磁、同期装置是否正常；通过菜单检查各项参数是否设置正确，参数请参考附录中的参考参数。6) 将调速装置“方式选择”开关选择为“自动”或“手动”方式均

58、可，“远方/就地”选择为“就地”（选择为“远方”时，就地控制失效）。“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调速装置开始输出控制信号。注：“自动”和“手动”方式均可，但实验结果可能有所差别。通过“增速”按钮逐渐升高电动机转速，当按住“增速”按钮不动时，转速将快速升高。接近额定转速时，采用“点动”的方式操作按钮，使电动机达到需要的转速（1500转/分）。7) 将励磁装置“方式选择”开关拨到中间位置（“恒Q/恒”），10秒后，将“恒Q/恒”开关选择为“恒”（此时的增磁、减磁按钮控制导通角的减小和增大），“远方/就地”开关选择为“就地”。当机组转速升到额定附近时，“启动/停止”开关选择为“启动”，此时，调节器开始输出控制信号。启动后，励磁装置其实控制导通角为90，对应建压在400V左右。通过“增磁”按钮逐渐降低发电机电压，当按住“增磁”按钮不动时，电压将快速降低。接近额定电压时，采用“点动”的方式操作按钮，使发电机达到需要的电压。实验时，调节励磁电流为表2-2规定的若干值，记下对应的角，对应的励磁电压，观察其变化规律。（励磁电流、角及励磁电压在励磁装置液晶显示屏上读取）实验完毕后停机，应严格按照“同步发电机准同期并列实